(57)【要約】【課題】より良い位置で混合気に着火させることができる技術を提供する。【解決手段】中心電極２及び接地電極３を備え、該中心電極２と接地電極３との間に電位差が生じたときに該中心電極２と接地電極３との間で放電が行われる点火プラグ１において、中心電極２と接地電極３との間に備えられ、電気的に絶縁された少なくとも１つの中継電極４を備える。これにより、複数点で電気火花を発生させることができ、燃焼時間の短縮、着火性の向上を図ることができる。また、可変圧縮比機構を備えている場合には、圧縮比変更に伴い最適点火位置が移動しても、該最適点火位置近傍での点火が可能となる。【選択図】図１
2005061310.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心電極及び接地電極を備え、該中心電極と接地電極との間に電位差が生じたときに該中心電極と接地電極との間で放電が行われる点火プラグにおいて、
前記中心電極と接地電極との間に備えられ、電気的に絶縁された少なくとも１つの中継電極を備えることを特徴とする点火プラグ。
【請求項２】
請求項１に記載の点火プラグを備え、ピストン上死点でのピストン上面位置をピストン運動方向に変化させて圧縮比を変更可能な内燃機関において、圧縮比が最大となったときに、前記中心電極と前記中継電極との隙間が燃焼室の中心部に位置するように前記中心電極と前記中継電極との隙間が形成され、また、圧縮比が最小となったときに、前記接地電極と前記中継電極との隙間が燃焼室の中心部に位置するように前記接地電極と前記中継電極との隙間が形成されていることを特徴とする内燃機関の点火装置。
【請求項３】
点火プラグを往復移動可能な内燃機関の点火装置において、内燃機関の運転状態に基づき、ピストンの運動方向に沿って点火プラグを移動させることを特徴とする内燃機関の点火装置。
【請求項４】
ピストン上死点でのピストン上面位置をピストン運動方向に沿って変化させることにより圧縮比を変更可能で、且つ、点火プラグをピストン運動方向に沿って往復移動可能な内燃機関において、ピストン上死点でのピストン上面位置に基づいて点火プラグを移動させることを特徴とする内燃機関の点火装置。
【請求項５】
圧縮比が高くなるほど、点火プラグの点火位置を燃焼室の上面に近づけることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、点火プラグ及び内燃機関の点火装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の圧縮比は、燃費や機関出力に影響を及ぼす。ここで、通常の内燃機関では、圧縮比は一定である。しかし、内燃機関の運転状態に応じて、最適な圧縮比は異なる。そこで、内燃機関の運転状態に応じて最適な圧縮比を得ることができれば、燃費の向上や出力の向上を図ることが可能となる。
【０００３】
ここで、点火プラグを支持したプラグホルダを往復運動させ、圧縮比を変更可能とする技術（例えば、特許文献１参照。）が知られている。
【特許文献１】実開平４−７９９４６号公報
【特許文献２】特開２００１−１２３３７号公報
【特許文献３】特開平２−１２３２８１号公報
【特許文献４】特開２００２−２０６４７２号公報
【特許文献５】実開平７−８５６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、プラグホルダを移動させることにより圧縮比を変更すると、それに伴い燃焼室内における点火位置が変化してしまう。これにより、運転状態によっては、最適な位置での点火が困難となる虞がある。
【０００５】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、より良い位置で混合気に着火させることができる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を達成するために本発明による点火プラグは、以下の手段を採用した。即ち、第１の発明は、
中心電極及び接地電極を備え、該中心電極と接地電極との間に電位差が生じたときに該中心電極と接地電極との間で放電が行われる点火プラグにおいて、
前記中心電極と接地電極との間に備えられ、電気的に絶縁された少なくとも１つの中継電極を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明の最大の特徴は、中心電極と接地電極との間で電気火花を発生させるときに、中継電極を介在させることにより、同時に多数の場所で電気火花を発生させることにある。
【０００８】
ここで、前記中心電極は、高電圧が印加される電極である。また、前記接地電極は、中心電極よりも電位差が非常に低く、例えば接地されている電極である。中継電極は、他の電極と電気的に絶縁された電極である。
【０００９】
ここで、火花点火による着火を行う内燃機関では、多数の場所で電気火花を発生させる
と、同時に多数の場所から混合気の燃焼が始まる。このように、多数の場所から燃焼が開始されると、１箇所から燃焼が開始された場合と比較して、燃焼室の末端に火炎伝播が到達するまでの時間が短縮される。
【００１０】
また、燃料と空気との混合気には、局所的に空燃比が高い所や低い所が存在することがあり、そのような所では、混合気の着火が困難となることがある。そのような場合であっても、多数の場所で火花を発生させることにより、混合気の着火が容易な所から燃焼を開始させることが可能となる。ここで、本発明においては、中心電極と接地電極との間に高電圧が印加されると、２極間で放電が行われる。この際、２極間に中継電極が備えられているため、中継電極に放電が行われる。そして、中継電極は電気的に絶縁されているため、中継電極中を電流が流れ、さらに放電が行われる。その結果、中心電極と接地電極との間に電流が流れる。即ち、中心電極と中継電極との間、及び中継電極と接地電極との間で放電が行われる。また、中継電極を複数備えている場合には、各中継電極間においても放電が行われる。このようにして、多点において電気火花を発生させることが可能となる。
【００１１】
本発明においては、前記点火プラグを備え、ピストン上死点でのピストン上面位置をピストン運動方向に変化させて圧縮比を変更可能な内燃機関において、圧縮比が最大となったときに、燃焼室の中心部に前記中心電極と前記中継電極との隙間が配置され、圧縮比が最小となったときに、燃焼室の中心部に前記接地電極と前記中継電極との隙間が配置されていても良い。
【００１２】
ここで、燃焼室の中心部で混合気に着火されると、この着火された位置から、火炎伝播の最終到達位置までの距離を最短とすることができる。即ち、燃焼が完了するまでの時間を最短とすることができる。しかし、ピストンの上死点位置を移動可能な内燃機関では、燃焼室の大きさがピストン運動方向に変化し、これに伴い燃焼室の中心部の位置が相対的に変化する。ここで、ピストンの上死点位置が燃焼室上面に近づくほど圧縮比が高くなる。従って、１箇所で電気火花を発生させると、燃焼室の中心部からの着火が困難となる。その点、多点で電気火花を発生させることにより、燃焼室の中心部が移動しても、何れかの位置で発生される電気火花により燃焼室中心部近傍から燃焼を開始させることができる。また、例え燃焼室中心部で電気火花を発生させることができなくとも、多点で電気火花を発生させることにより、燃焼室中心部で電気火花を発生させた場合と同様の効果を得ることも可能となる。ここで、「燃焼室の中心部」とは、シリンダ中心軸上で且つピストン上面と燃焼室最上面との中間を指す。また「燃焼室の中心部」は、シリンダ中心軸上で且つピストン上面と燃焼室最上面との中間の一点のみを示すものではなく、火炎伝播が燃焼室の末端に到達するまでの時間を短縮するという効果を得ることができる範囲をも含むものとする。
【００１３】
尚、ピストンの上死点位置を移動可能な内燃機関では、ピストンの上死点位置が燃焼室上面に近づくほど圧縮比が高くなる。即ち、ピストンの上死点位置が燃焼室上面に一番近くなったときに、内燃機関の圧縮比が最大になる。また、ピストンの上死点位置が燃焼室上面から一番遠くなったときに、内燃機関の圧縮比が最小となる。
【００１４】
上記課題を達成するために本発明による点火プラグは、以下の手段を採用した。即ち、第２の発明は、
点火プラグを往復移動可能な内燃機関の点火装置において、内燃機関の運転状態に基づき、ピストンの運動方向に沿って点火プラグを移動させることを特徴とする。
【００１５】
本発明の最大の特徴は、内燃機関の運転状態により変化する最適な点火位置に合わせて、点火プラグの点火位置を変更することにある。
【００１６】
ここで、内燃機関の運転状態が異なると、燃焼室内の混合気の状態等が異なり、最適な点火位置も異なる。このように内燃機関の運転状態が異なっても、ピストンの運動方向に点火位置を変更することにより、最適な点火位置に、より近い位置で電気火花を発生させることが可能となる。ここで、最適な点火位置とは、例えば、前記した燃焼室中心部や、成層燃焼可能な内燃機関において着火が容易となる位置等である。
【００１７】
上記課題を達成するために本発明による点火プラグは、以下の手段を採用した。即ち、第３の発明は、
点火プラグを往復移動可能な内燃機関の点火装置において、内燃機関の運転状態に基づき、ピストンの運動方向に沿って点火プラグを移動させることを特徴とする。
【００１８】
本発明の最大の特徴は、圧縮比の変更に伴い変化する最適な点火位置に合わせて、点火プラグの点火位置を変更することにある。
【００１９】
ここで、ピストン上死点でのピストン上面位置をピストン運動方向に変化させて圧縮比を変更可能な内燃機関では、該ピストンの上死点位置の移動に伴い最適な点火位置も相対的に変化する。その点、ピストンの上死点位置の移動とともに点火プラグを移動させ、点火位置を変化させることにより、最適な点火位置に、より近い位置での混合気の着火が可能となる。例えば、燃焼室の中心部において電気火花を発生させ混合気に着火させることにより、燃焼室末端に火炎伝播が到達するまでの時間を最短とすることができる。しかし、ピストンの上死点位置が変化すると、これに伴い燃焼室の中心部の位置も相対的に変化する。その点、ピストンの上死点位置の移動とともに点火位置を変化させることにより、燃焼室の中心部での混合気の着火が可能となり、混合気の燃焼時間を短縮することが可能となる。
【００２０】
本発明においては、圧縮比が高くなるほど、点火プラグの点火位置を燃焼室の上面に近づけることができる。
【００２１】
ここで、ピストン上死点位置を燃焼室の上面に近づけると、それに伴い、燃焼室容積が縮小され、最適な点火位置も相対的に燃焼室上面に近づく。従って、ピストン上死点位置を燃焼室に近づけるほど、即ち燃焼室の上面とピストン上死点でのピストン上面との距離が短くなるほど、点火位置を燃焼室上面に近づけることにより、最適点火位置に、より近い位置で混合気に着火させることが可能となる。例えば、燃焼室の中心部において電気火花を発生させようとすると、圧縮比が高くなるほど燃焼室の中心部が燃焼室の上面に近づく。従って、圧縮比が高くなるほど、点火位置を燃焼室の上面に近づけることにより、燃焼室の中心部での着火が可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る点火プラグ及び内燃機関の点火装置では、内燃機関の運転状態が変化し、最適な点火位置が変化しても、多点で混合気に着火させることにより、より良い位置で混合気に着火させることができる。また、内燃機関の運転状態が変化し、最適な点火位置が変化しても、点火位置を移動させることにより、より良い位置で混合気に着火させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明に係る点火プラグ及び内燃機関の点火装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２４】
以下、本発明に係る点火プラグ１の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する
。ここでは、本発明に係る点火プラグ１を車両駆動用エンジンに適用した場合を例に挙げて説明する。
【００２５】
図１は、本実施例に係る点火プラグ１の概略構成を示す図である。
【００２６】
点火プラグ１は、中心電極２、接地電極３、中継電極４を備えて構成されている。中心電極２、及び中継電極４は夫々絶縁体５により支持されている。そして、中継電極４は絶縁体５以外の他の部材には接しないように形成されている。中心電極２、接地電極３、中継電極４には、ニッケル合金や白金等の高温での耐久性に優れた材料が用いられる。
【００２７】
このように構成された点火プラグ１では、中心電極２に電圧が印加されると、中継電極４は電気的に絶縁されているため、中心電極２と中継電極４との間（以下、第１ギャップという。）、及び、中継電極４と接地電極３との間（以下、第２ギャップという。）に放電による火花が発生する。このようにして、本実施例に係る点火プラグ１では、同時に２点において電気火花を発生させることができる。
【００２８】
ところで、燃焼室内で着火された混合気は、火炎伝播により燃焼していく。ここで、混合気の末端に火炎が伝播するまでに時間がかかると、ノッキングが発生することがある。従って、混合気の燃焼に要する時間は短いほうが望ましい。その点、多数の位置において電気火花を発生させることにより、混合気の燃焼時間を短縮し、ノッキングの発生を抑制することが可能となる。
【００２９】
また、混合気の状態によっては、局所的に着火し難い箇所がある。例えば、燃料と空気との混合が不完全で、局所的に混合気の空燃比が高い場合や低い場合がある。このようなことは、例えば成層燃焼や希薄燃焼を行うエンジンにおいて起こり得る。このような場合であっても、多数の位置において電気火花を発生させることにより、何れかの位置において着火が可能な場合があり、混合気を燃焼させる機会を増加させることができる。
【００３０】
しかし、より広い範囲で電気火花を発生させようとして、中心電極と接地電極との隙間を単に広げても、電気火花が発生し難くなり混合気に着火しなくなってしまう。
【００３１】
また、従来の点火プラグには、１つの中心電極とその周りに複数の接地電極を備えたものがあった。このような点火プラグでは、複数の接地電極に対して同時に放電が行われるわけではなく、中心電極から一番近い接地電極や一番条件の良い１つの接地電極に対してのみ放電が行われる。従って、多数の箇所において電気火花を発生させることはできなかった。
【００３２】
その点、本実施例によれば、第１ギャップ及び第２ギャップの２点で電気火花を発生させることができるので、混合気の燃焼完了までの時間の短縮や混合気の着火性の向上を図ることができる。
【００３３】
尚、本実施例においては、第１ギャップ及び第２ギャップの２つのギャップを備えた点火プラグ１について説明したが、更に、直列に多くのギャップを備えることもできる。この場合、電気的に夫々絶縁された中継電極を追加する。
【００３４】
また、本実施例においては、第１ギャップ及び第２ギャップをシリンダ軸線方向に離間して配置したが、シリンダ直径方向に離間して配置しても良い。
【００３５】
更に、本実施例においては、最適な点火位置を燃焼室の中心部として説明したが、これに代えて、より良好な燃焼状態が得られる位置を最適な点火位置としても良い。この位置
は、実験等により求めても良い。
【００３６】
以上説明したように、本実施例によれば、複数の箇所において電気火花を発生させることができ、燃焼室内の混合気の燃焼が完了するまでの時間を短縮することができる。また、複数の箇所において電気火花を発生させるため、着火の要件を満たした何れかの箇所で着火させることが可能となり、着火の機会を増加させることが可能となる。これらにより、ノッキングの発生等を抑制し、また、燃焼状態をより良いものとすることができる。
【実施例２】
【００３７】
本実施例では、点火プラグ１を移動させることにより電気火花を発生させる位置を変更する。
【００３８】
図２は、本実施例に係るエンジンのシリンダヘッド部の概略構成を示す図である。図２（Ａ）は、燃焼室における点火プラグ１の突出量が最小の場合を示している。図２（Ｂ）は、燃焼室における点火プラグ１の突出量が最大の場合を示している。
【００３９】
シリンダヘッド６には、点火プラグ１及び、内部に該点火プラグ１を支持し外部が円柱形状のホルダ７が備えられている。点火プラグ１において放電が行われる電極は、ホルダ７の底面に設けられた穴から該ホルダ７の外部に突出している。ホルダ７の外周の下部には雄ねじが形成され、シリンダヘッド６本体には、ホルダ７の外周に形成された雄ねじと螺合する雌ねじが形成されている。そして、ホルダ７はシリンダヘッド６本体に螺合されている。また、ホルダ７の点火プラグ１が突出している底面は、シリンダヘッド６に設けられた燃焼室に突出している。即ち、燃焼室内には、点火プラグ１の電極部及びホルダ７の底面が突出している。ここで、点火プラグ１の中心軸、ホルダ７の中心軸、シリンダ中心軸は、一致若しくは平行となるように形成されている。
【００４０】
また、シリンダヘッド６には、モータ８が備えられ、該モータ８には歯車８ａが連結されている。そして、該歯車８ａと噛み合う溝がホルダ７の外周の上部に形成されている。
【００４１】
このように構成された点火装置では、モータ８を回転させることにより、歯車８ａが回転され、同時に、ホルダ７が回転される。そして、ホルダ７が回転されると、ホルダ７及びシリンダヘッド６本体に形成されたねじの働きにより、ホルダ７がピストン移動方向、即ち、シリンダ軸方向に移動する。これに伴い、ホルダ７に支持された点火プラグ１もシリンダ軸方向に移動する。このようにして、点火プラグ１の位置を変化させ、電気火花が発生する位置を変更することができる。
【００４２】
ここで、例えば、成層燃焼を行うエンジンでは、混合気の空燃比分布をエンジンの運転状態により変化させることがある。この場合、空燃比の分布によっては、点火位置を移動させたほうが混合気の着火性を向上させることができる。そして、エンジンの運転状態と、該運転状態における最適な点火位置との関係を予め実験等により求めマップ化しておくことにより、エンジン運転状態に基づいた最適な点火位置を求めることができる。ここで、点火位置とモータ８若しくはホルダ７の回転角度との関係を予め求めておき、目標となる点火位置に合わせるために必要となるモータ８若しくはホルダ７の回転角を得ることができる。そして、これに基づいてモータ８の制御を行うことができる。また、点火プラグ１若しくはホルダ７の位置を検出するセンサを備え、このセンサの出力信号に基づいて点火位置を変更するようにしても良い。
【００４３】
以上説明したように、本実施例によれば、エンジン運転状態に基づいて電気火花の発生位置を変更させることができる。これにより、より良い位置で混合気に着火させることができる。
【実施例３】
【００４４】
本実施例では、可変圧縮比機構を備えたエンジンにおいて、圧縮比を変更するのに伴い点火プラグ１を移動させ、電気火花が発生する位置を変更する。
【００４５】
シリンダヘッド６、点火プラグ１、モータ８、及びホルダ７については、実施例２と同様であるため説明を割愛する。
【００４６】
図３は、本実施例に係るエンジンの可変圧縮比機構の概略構成を示す図である。
【００４７】
図３に示すエンジンは、シリンダ９を有するシリンダブロック１０を、後述するピストン１１が連結されたロアケース１２に対してシリンダ９の軸方向に移動させることによって圧縮比を変更するエンジンである。
【００４８】
先ず、図３を用いて、本実施例に係る可変圧縮比内燃機関の構成について説明する。図３に示されるように、シリンダブロック１０の両側下部に複数の隆起部が形成されており、この各隆起部にカム収納孔１３が形成されている。カム収納孔１３は、円形をしており、シリンダ９の軸方向に対して直角に、かつ複数のシリンダ９の配列方向に平行になるようにそれぞれ形成されている。片側の複数のカム収納孔１３はすべて同一軸線上に位置している。そして、シリンダブロック１０の両側のカム収納孔１３の一対の軸線は平行である。
【００４９】
ロアケース１２には、上述したカム収納孔１３が形成された複数の隆起部の間に位置するように、立壁部が形成されている。各立壁部のロアケース１２外側に向けられた表面には、半円形の凹部が形成されている。また、各立壁部には、ボルト１４によって取り付けられるキャップ１５が用意されており、キャップ１５も半円形の凹部を有している。また、各立壁部にキャップ１５を取り付けると、円形の軸受収納孔１６が形成される。軸受収納孔１６の形状は、上述したカム収納孔１３と同一である。
【００５０】
複数の軸受収納孔１６は、カム収納孔１３と同様に、シリンダブロック１０をロアケース１２に取り付けたときにシリンダ９の軸方向に対して直角に、且つ、複数のシリンダ９の配列方向に平行になるようにそれぞれ形成されている。これらの複数の軸受収納孔１６も、シリンダブロック１０の両側に形成されることとなり、片側の複数の軸受収納孔１６はすべて同一軸線上に位置している。そして、シリンダブロック１０の両側の軸受収納孔１６の一対の軸線は平行である。また、両側のカム収納孔１３の間の距離と、両側の軸受収納孔１６との間の距離は同一である。
【００５１】
交互に配置される二列のカム収納孔１３と軸受収納孔１６には、それぞれカム軸１７が挿通される。カム軸１７は、図３に示されるように、軸部１７ａと、軸部１７ａの中心軸に対して偏心された状態で軸部１７ａに固定された正円形のカムプロフィールを有するカム部１７ｂと、カム部１７ｂと同一外形を有し軸部１７ａに対して回転可能に取り付けられた可動軸受部１７ｃとが交互に配置されている。一対のカム軸１７は鏡像の関係を有している。また、カム軸１７の端部には、後述するウォームホイール１８の取り付け部１７ｄが形成されている。軸部１７ａの中心軸と取り付け部１７ｄの中心とは偏心しており、カム部１７ｂの中心と取り付け部１７ｄの中心とは一致している。
【００５２】
可動軸受部１７ｃも、軸部１７ａに対して偏心されておりその偏心量はカム部１７ｂと同一である。また、各カム軸１７において、複数のカム部１７ｂの偏心方向は同一である。また、可動軸受部１７ｃの外形は、カム部１７ｂと同一正円であるので、可動軸受部１７ｃを回転させることで、複数のカム部１７ｂの外表面と複数の可動軸受部１７ｃの外側
面とを一致させることができる。
【００５３】
各カム軸１７の軸部１７ａの一端にはウォームホイール１８が取り付けられている。一対のカム軸１７の端部に固定された一対のウォームホイール１８には、それぞれをウォームギア１９ａ、１９ｂがかみ合っている。ウォームギア１９ａ、１９ｂは単一のモータ２０の一本の出力軸にとりつけられている。ウォームギア１９ａ、１９ｂは、互いに逆方向に回転する螺旋溝を有している。このため、モータ２０を回転させると、一対のカム軸１７は、ウォームホイール１８を介して逆方向に回転する。モータ２０は、シリンダブロック１０に固定されており、シリンダブロック１０と一体的に移動する。
【００５４】
次に、上述した構成のエンジンにおいて圧縮比を制御する方法について詳しく説明する。
【００５５】
図４は、圧縮比を変更するときの各エンジン部材の動作を示した図である。
【００５６】
図４（ａ）から図４(ｃ)にシリンダブロック１０と、ロアケース１２と、これら両者の間に構築されたカム軸１７との関係を示した断面図を示す。図４(ａ)から図４(ｃ)において、軸部１７ａの中心軸をａ、カム部１７ｂの中心をｂ、可動軸受部１７ｃの中心をｃとして示す。図４（ａ）は、軸部１７ａの延長線上から見て全てのカム部１７ｂ及び可動軸受部１７ｃの外周が一致した状態である。このとき、ここでは一対の軸部１７ａは、カム収納孔１３及び軸受収納孔１６の中で外側に位置している。
【００５７】
図４(ａ)の状態から、モータ２０を駆動して軸部１７ａ矢印方向に回転させると、図４(ｂ)の状態となる。このとき、軸部１７ａに対して、カム部１７ｂと可動軸受部１７ｃの偏心方向にずれが生じるので、ロアケース１２に対してシリンダブロック１０を上死点側にスライドさせることができる。そして、そのスライド量は図４(ｃ)のような状態となるまでカム軸１７を回転させたときが最大となり、カム部１７ｂや可動軸受部１７ｃの偏心量の２倍となる。カム部１７ｂ及び可動軸受部１７ｃは、それぞれカム収納孔１３及び軸受収納孔１６の内部で回転し、それぞれカム収納孔１３及び軸受収納孔１６の内部で軸部１７ａの位置が移動するのを許容している。
【００５８】
上述したような機構を用いることによって、シリンダブロック１０をロアケース１２に対して、シリンダ９の軸線方向に相対移動させることが可能となり、それに伴い、シリンダヘッド６も相対移動され、圧縮比を制御することができる。
【００５９】
このように構成された可変圧縮比機構と、実施例２で説明した点火装置を備えたシリンダヘッドとを組み合わせたエンジンを本実施例では採用する。
【００６０】
図５は、本実施例による、エンジンの概略構成図である。
【００６１】
エンジンには、吸気管２１が接続され、該吸気管２１には吸気の流量を調整するスロットル２２が備えられている。また、スロットル２２には、その開度を検出するスロットル開度センサ２３が備えられている。また、エンジンには、その回転数を検出するクランクポジションセンサ２４が備えられている。
【００６２】
さらに、エンジンには、該エンジンを制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）２５が併設されている。このＥＣＵ２５は、ＣＰＵの他、各種のプログラム及びマップを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、エンジンの運転条件や運転者の要求に応じてエンジンの運転状態等を制御するユニットである。
【００６３】
ＥＣＵ２５には、スロットル開度センサ２３、クランクポジションセンサ２４等、エンジンの運転状態を検出する種々のセンサが電気配線を介して接続され、それらの出力信号がＥＣＵ２５に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ２５には、本実施例に係るモータ２０などが電気配線を介して接続され、ＥＣＵ２５からの指令によってモータ２０が回転し、エンジンの圧縮比を変更するようになっている。
【００６４】
このように構成された可変圧縮比機構では、シリンダヘッド６を相対的に移動させると、燃焼室容積がシリンダ軸方向に増減され、これに伴い燃焼室の中心部もシリンダ軸方向に移動する。
【００６５】
ここで、従来では、ホルダ７の位置を移動させることにより圧縮比を変化させていた。即ち、圧縮比を高める場合には、ホルダ７をピストン１１へ近づく方向に移動させ、一方、圧縮比を低める場合には、ホルダ７をピストン１１から遠ざかる方向に移動させていた。これにより、圧縮比を変更することが可能となるが、これに伴い、点火プラグ１の位置が変化するので、電気火花が発生する位置が燃焼室の中心から外れることになる。また、電気火花が発生する位置を燃焼室の中心とするためにホルダ７を移動させると、圧縮比が変化してしまうので、圧縮比または電気火花の発生位置の何れか一方を優先させることとなる。
【００６６】
その点、本実施例では、ホルダ７の移動に伴う圧縮比の変動を可変圧縮比機構により修正することができ、目標となる圧縮比に合わせつつ、電気火花の発生位置を燃焼室の中心とすることが可能となる。
【００６７】
ここで、目標となる圧縮比とホルダ７の位置との関係は、ホルダ７の移動に伴う圧縮比の変動をも考慮して予め実験等により求めておく。この際、燃焼室中心以外でも、内燃機関の運転状態により最適な点火位置があるとしたならば、その位置を目標にホルダ７を移動させても良い。
【００６８】
尚、従来技術によれば、圧縮比を高める場合には、ホルダ７をピストン１１に近づく方向に移動させていた。しかし、本実施例によれば、可変圧縮比機構により圧縮比を高めると、燃焼室の中心位置がシリンダヘッド６側に移動する。従って、本実施例において圧縮比を高める場合には、ホルダ７をピストン１１から遠ざける方向に移動させることとなり、従来技術とは点火プラグ１を移動させる方向が逆となる。
【００６９】
次に本実施例における圧縮比及び点火プラグ突き出し量制御について説明する。
【００７０】
図６は、本実施例における圧縮比及び点火プラグ突き出し量制御のフローを示したフローチャート図である。この制御は、エンジンの運転中に繰り返し実行され、点火プラグの突き出し量、即ち電気火花を発生させる位置を変更するものである。
【００７１】
ステップＳ１０１では、圧縮比を低めるべきか否か判定される。
【００７２】
圧縮比を低めるべきか否かは、クランクポジションセンサ２４の出力信号から得られるエンジン回転数やスロットル開度センサ２３の出力信号から得られるスロットル開度等に基づいて判定される。即ち、これらの信号と圧縮比との関係を予め実験等により求めマップ化しておき、該マップにエンジン回転数及びスロットル開度を代入して目標となる圧縮比を得ることができる。そして、現時点での圧縮比と比較を行い、目標となる圧縮比が現時点での圧縮比よりも低い場合には、圧縮比を低めるべきであると判定される。
【００７３】
ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方、否定
判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進む。
【００７４】
ステップＳ１０２では、圧縮比を低めるためにモータ２０が作動される。同時に、ホルダ７の位置を変更するためのモータ８が作動される。
【００７５】
ここで、目標となる圧縮比とするためのシリンダブロック１０とロアケース１２との相対位置及びホルダ７の位置が算出される。これらの位置は、予め実験等により、目標となる圧縮比、シリンダブロック１０とロアケース１２との相対位置、及びホルダ７の位置の関係を求めマップ化しておき、該マップに目標となる圧縮比を代入することにより得ることができる。このようにして得たシリンダブロック１０とロアケース１２との相対位置及びホルダ７の位置となるようにモータ２０及びホルダ７が制御される。この場合、夫々の位置関係を検出可能なセンサの出力信号に基づいて制御しても良く、また、モータ２０及びホルダ７の回転数に基づいて制御しても良い。
【００７６】
ステップＳ１０３では、圧縮比を高めるべきか否か判定される。
【００７７】
ステップＳ１０１と同様に、エンジン回転数やスロットル信号等に基づいて、圧縮比を高めるべきか否か判定される。
【００７８】
ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。
【００７９】
ステップＳ１０４では、圧縮比を高めるためにモータ２０が作動される。同時に、ホルダ位置を変更するためにモータ８が作動される。ここでは、ステップＳ１０２と同様にマップ等を用いた制御が行われる。
【００８０】
このようにして、圧縮比及び点火プラグ１の突き出し量を制御することができ、最適な圧縮比と最適な位置での点火を同時に得ることが可能となる。
【００８１】
以上説明したように、本実施例によれば、シリンダ軸方向にシリンダブロック１０及びシリンダヘッド６とロアケース１２とを相対移動させて圧縮比を変化させた場合であっても、ホルダ７を移動させることにより、燃焼室の中心部で電気火花を発生させることができる。
【実施例４】
【００８２】
本実施例では、前記可変圧縮比機構を備えたエンジンにおいて、実施例１で説明した点火プラグ１を採用する。
【００８３】
可変圧縮比機構については実施例３と同様であり、点火プラグ１については、実施例１と同様であるため、これらの構造については説明を割愛する。
【００８４】
図７は、燃焼室上面から点火プラグの各ギャップまでの距離、及び燃焼室上面からピストン上死点位置でのピストン上面までの距離を示した図である。ここで、燃焼室上面から第１ギャップまでの距離をｇ１、第２ギャップまでの距離をｇ２、圧縮比が一番高い状態でのピストン上面までの距離をｔ１、圧縮比が一番低い状態でのピストン上面までの距離をｔ２としている。
【００８５】
ここで、図７に示すピストン１１の上死点位置を該ピストン運動方向、即ち、シリンダ軸方向に移動させることにより、圧縮比を変更する可変圧縮比機構を備えたエンジンでは、圧縮比の変更に伴い、燃焼室内における点火プラグの位置が相対的に変化する。ここで
、混合気の燃焼完了までの時間を最短とするためには、点火プラグにより電気火花を発生させる位置が燃焼室の中心部となるように該点火プラグ１を設けることが望ましい。即ち、圧縮比を高く設定している場合には、燃焼室の上面に近い位置で電気火花を発生させ、圧縮比を低く設定している場合には、燃焼室の上面から、離れた位置で電気火花を発生させることが望ましい。しかし、仮に、電気火花が燃焼室の中心部で発生するように点火プラグを設置したとしても、圧縮比を変更するときにピストンの上死点位置が変更されると、電気火花が発生する位置は相対的に変化し、燃焼室の中心部から外れてしまう。
【００８６】
その点、本実施例によれば、燃焼室の中心位置が変化しても、該中心位置の移動方向の２点において電気火花を発生させることにより、燃焼室中心部に、より近い位置での着火が可能となる。ここで、例えば、圧縮比が最高となる場合に燃焼室中心部において第１ギャップによる電気火花が発生するように、そして、圧縮比が最低となる場合に燃焼室中心部において第２ギャップによる電気火花が発生するように、第１ギャップ及び第２ギャップを設定しても良い。即ち、ｇ１＝（ｔ１）／２、若しくは、ｇ２＝（ｔ２）／２としても良い。また、例えば、ピストン上死点の位置が相対的に６ｍｍ変化するエンジンでは、燃焼室の中心位置が相対的に３ｍｍ変化するので、第１ギャップの中心と第２ギャップの中心との間を３ｍｍとして点火プラグ１を形成しても良い。このように配置された第１ギャップ及び第２ギャップで発生した電気火花により、混合気が着火され燃え拡がる結果、全てのピストン上死点位置において、最適な点火位置で点火されたのと同様の効果が得られる。これにより、全ての運転領域において、良好な燃焼状態を得ることができる。
【００８７】
更に、最適な点火位置が燃焼室の中心部ではない場合や、燃焼室の中心部で電気火花を発生させることが困難な場合等においては、ｇ１／ｔ１＝ｇ２／ｔ２の関係となるように、第１ギャップ及び第２ギャップを設定しても良い。
【００８８】
以上説明したように、本実施例によれば、可変圧縮比機構を備えたエンジンで、圧縮比の変更に伴い最適な着火位置が変化したとしても、該最適な着火位置に、より近い位置で着火させることが可能となる。これにより、ノッキングの発生等を抑制し、また、燃焼状態をより良いものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】実施例１に係る点火プラグの概略構成を示す図である。
【図２】実施例２に係るエンジンの概略構成を示す図である。図２（Ａ）は、燃焼室における点火プラグの突出量が最小の場合を示している。図２（Ｂ）は、燃焼室における点火プラグの突出量が最大の場合を示している。
【図３】実施例３に係るエンジンの可変圧縮比機構の概略構成を示す図である。
【図４】圧縮比を変更するときの各エンジン部材の動作を示した図である。
【図５】実施例３に係るエンジンの概略構成を示す図である。
【図６】実施例３における圧縮比及び点火プラグ突き出し量制御のフローを示したフローチャート図である。
【図７】実施例４における燃焼室上面から点火プラグの各ギャップまでの距離、及び燃焼室上面からピストン上死点位置でのピストン上面までの距離を示した図である。
【符号の説明】
【００９０】
１    点火プラグ
２    中心電極
３    接地電極
４    中継電極
５    絶縁体
６    シリンダヘッド
７    ホルダ
８    モータ
８ａ  歯車
９    シリンダ
１０  シリンダブロック
１１  ピストン
１２  ロアケース
１３  カム収納孔
１４  ボルト
１５  キャップ
１６  軸受収納孔
１７  カム軸
１７ａ      軸部
１７ｂ      カム部
１７ｃ      可動軸受部
１７ｄ      取り付け部
１８  ウォームホイール
１９ａ      ウォームギア
１９ｂ      ウォームギア
２０  モータ
２１  吸気管
２２  スロットル
２３  スロットル開度センサ
２４  クランクポジションセンサ
２５  ＥＣＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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